JP2004197137A - 成膜装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機械加工精度、取付け精度を上げることなく、電気的制御により安価に成膜面の面振れを抑えることができる成膜装置を提供する。
【解決手段】装置基板に固定された軸受けにより支持された回転軸と、回転軸と回転面可動部を介して支持された揺動自在の基板ホルダーと、基板ホルダー下面に設けられた磁石と、磁石と対向する装置基板面に設けられた電磁石と、基板ホルダーまたは基板ホルダーに載置された成膜基板の面振れ量を検出するセンサと、センサからの面振れ量信号を電磁石にフィードバックし、磁石間に作用する磁力を制御して基板ホルダーの面振れを抑える制御回路と、を備える。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面に薄膜を形成する成膜装置に関し、特に基板の面振れを防止した成膜装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の成膜装置の構成を図７に示す。（ａ）は成膜装置の断面図、（ｂ）は膜厚分布補正板と基板ホルダーと基板の配置関係を説明するための図である。
従来の成膜装置は、真空発生源に接続される排気口及びガス供給源に接続される給気口を有する真空槽と、真空槽の上部に配設された回転駆動部によって回転される基板を保持する基板ホルダーと、真空槽の下部に配設された蒸発源である電子ビーム源と、回転駆動部によって回転される膜厚分布補正板と、基板ホルダーの近傍に配設された膜厚制御用の光学式膜厚モニターとを備える。
膜厚分布補正板の形状は図７（ｂ）に示すようなものであり、同形状の補正板要素を中心部から放射状に突設し、中心部を回転駆動部に固定して回転させるように構成される。
【０００３】
真空蒸着等で成膜する場合、成膜される膜厚は、蒸着源からの距離により決まる。従って、概ね、蒸発源を中心とした半球面上が均一の膜厚となるが、基板が平面であるなどの制約から基板をセットしただけでは基板面を均一の膜厚とすることはできない。そこで、通常は、基板をセットした基板ホルダー内全面が均一な膜厚となるように、基板ホルダーを回転させたり、膜厚分布補正板を蒸発源と基板との間に配設することにより、基板の一部分に蒸発源に対して影をつくり、基板ホルダー全面が均一な膜厚となるようにしている。（例えば、特許文献１参照。）。
最近、膜厚の制御は、１０００分の１μ程度の制御が要求されている。従って、上記のような基板ホルダーの回転及び膜厚分布補正板で膜厚補正をしても、基板ホルダーが回転するときに面振れを起こすことで、基板に対する蒸発源からの距離が変動し、膜厚に変動を与えることになる。これにより膜厚分布が不均一となる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平６−１７２９９８号公報（図５、段落（００２５））
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の成膜装置において、軸受け、回転軸、基板ホルダー等の加工精度、取り付け誤差、あるいは軸受けの摩耗等により、基板ホルダーの面振れ、すなわち成膜基板の面振れが生じる。成膜基板に面振れが生じると成膜基板面に均一な薄膜の形成に悪影響を及ぼし、成膜ムラが発生する。また成膜状態のモニタの精度を上げることができず、成膜精度を低下させる。
従来、面振れを抑制するために軸受け、回転軸、基板ホルダー等の加工精度、取り付け精度を上げることにより対処していたが機械部品の加工精度、取り付け精度を高精度化することは極端な高コスト化につながり、技術的、経済的に効率的とはいえない。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、成膜面または基板ホルダーの面振れ量をセンサによってモニタし、この面振れ量信号を電磁石にフィードバックして、基板ホルダーに設けた磁石または磁性体に作用させる磁力を制御して基板ホルダーの面振れを抑制する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の第一実施例の成膜装置の構成を示す。（ａ）は、成膜装置のほぼ中央部の断面図、（ｂ）は基板ホルダーの下方から見た図である。
回転軸の軸受けは装置基板に固定され、回転軸の一方には駆動部（モータ）、他方には回転面可動部が設けられる。回転面可動部は、回転軸に直交するように第１ピンを貫通させると共に第１ピンの両端は回転軸と同軸に配置された円筒の内面に回動自在に設けられ、円筒の外面とドーナツ状の基板ホルダーの孔の内周面との間に、第１ピンと直角方向に回動自在の２本の第２ピンを設けて構成することにより、基板ホルダーを軸受けに対して揺動自在に支持する。
基板ホルダーの下面には周方向に磁石を設け、対向する装置基板上には電磁石を配置し、電磁石の電流を制御することにより両者間に吸引あるいは反発磁力を作用させる。すなわち、電磁石の電流の制御により基板ホルダーの外周縁を上・下に変位させることにより面振れを抑える。また、基板ホルダーの上面には成膜基板が載置され、チャック機構により固定される。成膜基板の上面にはセンサが設けられて成膜基板面との距離を測定する。
真空成膜装置の機能を説明する。
駆動部により回転軸が回転されると、回転面可動部を介して基板ホルダーが回転されると共に成膜基板が回転される。基板ホルダーにセットされた基板上に蒸発源より飛来する成膜粒子が形成される。この際、膜厚分布補正板を蒸発源と基板ホルダーとの間に配設する。
センサは成膜基板面との距離を測定し、成膜基板の面振れに応じた図３に示すような面振れ量信号を出力する。
【０００８】
図２にフィードバック制御系のブロック図を示す。
センサからの面振れ量に対応する信号は所定の利得Ｇが与えられて基準値（所定位置に対応する値）と加算器により基準値の偏差を出力する。偏差信号は所定の利得Ｇが与えられて電磁石に入力される。電磁石は磁石に対して吸引・反発する磁力を発生させ、所定位置になるように基板ホルダーを制御する。フィードバック制御系は、図３に示すように時間の経過と共に面振れ量を基準値に収束させる。また、監視装置はセンサからの面振れ量の収束状態を監視する。
【０００９】
図４に第二実施例の成膜装置の構成を示す。
第一実施例との差異は、基板ホルダーの周方向に磁石または磁性体を設け、これを挟むように電磁石を設けて、相互間に磁力を作用させ制御系により成膜基板面を基準値（所定位置）に収束させる。
磁石または磁性体の両側から挟むように電磁石を設け、磁石または磁性体と上側あるいは下側の電磁石との相互間に吸引力を作用させることで基板ホルダーの面振れ補正を行う。また、電磁石を用いる場合には反発磁力を用いて基板ホルダーの面振れ補正を行うこともできる。さらに、上側あるいは下側の電磁石と磁石間に吸引・反発磁力を同時に作用させた場合には、基板ホルダーに作用させる磁力を倍増できる。
【００１０】
図５に第三実施例の成膜装置の構成を示す。
第一実施例との差異は、基板ホルダーの周方向に磁石を設け、対向するように電磁石を設ける。磁石は例えば上面側と下面側では異なる磁極とし、電磁石の対向面をＮ極またはＳ極とすることで磁力を作用させることにより基板ホルダーの面振れ補正を行う。この例においては、センサを成膜基板の外周端面の外方に設けて、例えばラインセンサ等を用いて成膜基板とこの外周端面の角部の位置を検出する。
【００１１】
図６に第四実施例の成膜装置の構成を示す。
第二実施例との差異は、基板ホルダーの周方向に設けられた磁石または磁性体と対向して回転軸と対称に電磁石を設けることにより、回転軸に対して右側あるいは左側の磁石または磁性体と電磁石との相互間に磁力を作用させることにより基板ホルダーの面振れ補正を行う。
上記実施例においては、センサを用いて成膜基板あるいは成膜基板面の面振れを検出しているが、センサにより基板ホルダーの面振れを検出するように構成してもよい。また、回転面可動部を回転軸と基板ホルダーを直交させた２枚の板ばね等で結合して構成することもでき、基板ホルダーとして可撓性の板状体で構成することにより前記した回転面可動部を省略することもできる。
【００１２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、（１）電気的制御法を用いて成膜面または基板ホルダーの面振れ量を収束することにより収束時間を短くすることができ、また精度の高い制御を行うことができる、（２）従来の機械的精度を上げることにより面振れ量を少なくする方法と比較して、安価な構成とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例の成膜装置の構成図。
【図２】本発明のフィードバック制御系のブロック図。
【図３】回転時間に対する面振れ量の収束状態を説明する図。
【図４】本発明の第二実施例の成膜装置の構成図。
【図５】本発明の第三実施例の成膜装置の構成図。
【図６】本発明の第四実施例の成膜装置の構成図。
【図７】従来の成膜装置の構成図。

Claims (1)

1. 回転軸と、回転軸に揺動自在に支持された基板ホルダーと、基板ホルダーに設けられた磁石または磁性体と、磁石または磁性体と磁力が作用する位置に設けられた電磁石と、基板ホルダーまたは基板ホルダーに載置された成膜基板の面振れ量を検出するセンサと、センサからの面振れ量信号を電磁石にフィードバックし、磁石または磁性体との間に作用する磁力を制御して基板ホルダーの面振れを抑える制御回路と、を備えたことを特徴とする成膜装置。

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